基于DS18B20的温度报警器的硬件实现
基于DS18B20的温度报警器的硬件实现
摘要：随着电子信息技术的飞速发展，传感器技术已日趋成熟，并广泛应用于人们的生产生活和学术科研当中。本文主要介绍了一种基于DS18B20温度传感器的温度报警装置，阐述了系统的设计框架和功能，将重点放在各组成电路的硬件选择和连接方式，最后制作出温度报警器实物，并总结在调试过程中出现的相关问题。
Abstract：With the rapid development of electronic information technology，sensor technology has been mature，and is widely used in the production and living of people and academic research. This paper mainly introduces a temperature alarm device based on DS18B20 temperature sensor. This paper expounds the design framework and function of the system，and focuses on the hardware selection and connection mode of each circuit. Finally a temperature alarm object is made，and the related problems in the process of debugging is summzrized.
关键词：传感器；温度控制；DS18B20；硬件
Key words：sensor；temperature control；DS18B20；hardware
中图分类号：S951.4+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）16-0197-02
0 引言
当今社会人们对信息的需求不再是仅仅锁定在信息量
的多少，而聚焦在信息本身的准确和精确程度。单片机和传感器技术的兴起为快速精准获取信息参数提供了新的有效
的途径，并慢慢在工农业生产过程中普及开来。传感器是信息技术发展的前沿产物，温度测量在工农业生产过程中的必要性和关键性逐渐被人们认知，使得有关各类温度传感器的研发脚步从未停歇。本文结合STC89C52单片机和DS18B20温度传感器利用接口构成一种具有温度采集和显示，并可根据需要设定报警温度范围的温度报警器。该系统具有精准度高、测量范围广、抗干扰性强、功耗低、使用方便等特点，具有较为宽广的应用前景。
1 系统的总体设计
选取STC89C52单片机作为中心控制器，选取DS18B20温度传感器作为温度测量单元，并以按键为输入装置，以蜂鸣器和发光二极管为报警装置，用LED数码管来实现温度显示[1]。整体结构如图1。STC89C52单片机与温度传感器
DS18B20保持着实时通信，不断从DS18B20获取新检测到的数据，并在内部进行分析处理。LED数码管会将处理后的数据以BCD码的形式进行显示和刷新。当检测到的实时温度超
出设定的报警值上下限的时候，启动蜂鸣器和报警灯，进行声光报警。
本系统温度检测可精确到小数点后一位有效数字。按键分为减键、加键和设置键。第一次按设置键为设置温度上限值，第二次为设置温度下限值，再按加减键就可以加减设置温度报警阈值，可实现连加连减。设置的参数具有掉电保存功能，保存在STC89C52单片机内部。如果长时间处于设置界面而不进行相关键入操作，系统会在15秒之后自动退出设置状态，恢复正常测温状态。
2 主要组成电路的设计
2.1 主控制器电路
采用STC89C52单片机作为整个系统的“大脑”，即主控单元。通过各元件反馈的信息，及时进行处理并将结果再传送到各端口，实现既定的控制功能，以满足所需性能指标。STC89C52芯片是一种低功耗、高性能的CMOS8位微处理器，它继承51系列单片机内核，向下兼容性良好。并在其基础上有了很大改进，具有功能强大的位操作指令，编程自由度高。I/O口均可按位寻址，内部程序存储空间扩展到8K，并带有4K字节EEPROM存储空间，3个16位定时器，1个6向量2级中断结构[2]。元件体积有所减小，降低了成本，而且价格非常经济，是本设计的理想选择。
采用12MHz的晶体振动电路为STC89C52提供时钟信号。
复位电路有两种方式，即上电自动复位和按键手动复位结合，RST引脚保持大于2个机械周期的高电平时间STC89C52即可正常复位[3]。
2.2 温度传感器电路
采用美国DALLAS半导体公司的生产的DS18B20进行温
度测量。DS18B20最大特色是采用了单总线的数据传输，即仅仅用一根I/O线就可以实现与单片机芯片数据的双向通信。它不同于传统热敏电阻，可直接在检测端将温度转化为成串行数字信号，省去传统的测温方法的很多外围电路（如A/D、D/A转换）[4]。它的测温范围宽，最低至-55℃，最高至+125V℃，在-10℃～+85℃之间精度可达±0.5℃。本系统采用单点测温，要求工作电源VCC最好保证在5V（若无法满足，也可使用3节1.5V干电池）。需要注意的是当几个温度传感器挂在同一
根I/O线上进行多点测温时，I/O线必须保证足够的能量，单靠4.7K的上拉电阻是不够的，会造成较大测温误差。
DS18B20使用如下六条命令进行控制：44H可启动
DS18B20进行温度转换；BEH可读暂存器9个字节内容；4EH 可将数据写入暂存器的TH、TL字节；48H可把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中；B8H可把E2RAM中的TH、TL字节
写到暂存器TH、TL字节；B4H可启动DS18B20发送电源供
电方式的信号给主CPU。 2.3 数码管显示电路采用4位共阳极LED数码管F3461BH显示温度值，数码
管按段数分为七段和八段数码管，本系统选用的是八段数码管，区别是多了一个小数点显示单元。输出信号使用三极管8550进行放大，起到驱动作用。当位选打开时，将对应码段的数值送入，使对应的数码管接通，而后以BCD码形式将温度显示出来并轮流刷新。
2.4 声光报警电路
采用蜂鸣器与发光二极管结合的方式，实现声光双重报警。在读取DS18B20测量的实时温度值以后，将此数值和预设的报警温度门限进行对比判断。如果当前温度小于报警温度的下限值或大于报警温度的上限值，则蜂鸣器鸣响同时发光二极管闪烁红光报警。
3 实物电路制作
通过Protel软件将以上各组成电路的相关元件通过合理方式进行连接，选取并设置参数后得到报警器的整体电路原理图如图2，然后生成PCB印刷电路并调整好走线如图3，最后购买各个元件进行安装和焊接等工作，此时应考虑到选择合适的壳体、板子大小、元件指标和经济性[5]。图4为最终焊接好的报警器实物图。
4 调试效果
系统的调试分为软件调试和硬件调试。软件部分调试相对复杂，主要分为对主程序、按键输入程序、数码管显示程序、测温程序及报警程序的调试。硬件部分调试相对简单，
主要是用万用表或者通电检测的方法检测电路焊接和走线
的正确性。现将调试过程中遇见的问题归结如下：
①晶振电路选择12MHz是因为STC89C52单片机是12
分频的，即12个机器周期为1个指令周期，单指令周期正
好是1us，便于时间计算。
②报警电路和显示电路使用PNP型而不用NPN型，因
为STC89C52单片机上电初始阶段会产生一个短暂高电平，
如果使用NPN则会引起短暂吸合。
③对DS18B20初始化时，不能无限等待其返回值，需设置超时判断。必须严格遵守读写时序，才能使DS18B20正常工作，实时读取温度值。
④系统最初上电阶段蜂鸣器会报警，是因为DS18B20上电后无法立刻测温，而是发出一随机数值，程序中设置超上限则置0，可解决开机错报。
经过实际测量，相比与以往以LM94022传感器制作的温度报警器-40℃～+125℃的测温范围，本系统的测温范围更宽，最低温度可达-55℃。在-10℃～+85℃之间的精度从±1.5℃提升至±0.5℃，静态功耗从5.4uA降低至3uA。而且结构更简单，省去部分外围电路，缩小体积的同时节约了成本，实现了预期的温度测量报警功能。
5 结束语
本文从系统的总体设计入手，阐述了温度报警器的硬件
结构和功能，将重点放在各组成电路的元件选择和连接方式。最后制作出温度报警器实物，并总结在调试过程中出现的相关问题，实验证明本系统具有可行性和实用价值。
参考文献：
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温度采集报警系统设计[J].传感器与微系统，2014.33（3）：99-102.
[5]吴瑕.智能温度报警器的研究与设计[D].天津：天津大学电子信息工程学院，2009.
DS18B20 数字温度传感器
应用指引：在MC430F14板上是标配了DS18B20数字温度传感器器，同时希望用户通过以下DS18B20的讲解能够了解更多1线 MC430F14实物图如下: >>关于MC430F14开发板详情>> 在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿问题、多点测量切换误差问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。另外一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器是解决这些问题的最有效方案，新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。 新的"一线器件"DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济。
美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 "一线总线"接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON-B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。目前DS18B20批量采购价格仅10元左右。 DS18B20、DS1822 "一线总线"数字化温度传感器 同DS1820一样，DS18B20也支持"一线总线"接口，测量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，精度为±0.5°C。DS1822的精度较差为±2°C。现场温度直接以"一线总线"的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V～5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。 DS18B20、DS1822的特性 DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率，精度为±0.5°C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的！性能价格比也非常出色！DS1822与DS18B20软件兼容，是DS18B20的简化版本。省略了存储用户定义报警温度、分辨率参数的EEPROM，精度降低为±2°C，适用于对性能要求不高，成本控制严格的应用，是经济型产品。继"一线总线"的早期产品后，DS1820开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS1822使电压、特性及封装有更多的选择，让我们可以构建适合自己的经济的测温系统。 一、DS18B20的主要特性 （1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电 （2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯
DS18B20数字温度计使用
DS18B20数字温度计使用 1．DS18B20基本知识 DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 1、DS18B20产品的特点 （1）、只要求一个端口即可实现通信。 （2）、在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。 （3）、实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温。 （4）、测量温度范围在－55。C到＋125。C之间。 （5）、数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择。 （6）、内部有温度上、下限告警设置。 2、DS18B20的引脚介绍 TO－92封装的DS18B20的引脚排列见图1，其引脚功能描述见表1。 （底视图）图1 表1 DS18B20详细引脚功能描述 3． DS18B20的使用方法 由于DS18B20采用的是1－Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。 由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都
是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。 DS18B20的复位时序 DS18B20的读时序 对于DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。 对于DS18B20的读时隙是从主机把单总线拉低之后，在15秒之内就得释放单总线，以让DS18B20把数据传输到单总线上。DS18B20在完成一个读时序过程，至少需要60us才能完成。 DS18B20的写时序 对于DS18B20的写时序仍然分为写0时序和写1时序两个过程。 对于DS18B20写0时序和写1时序的要求不同，当要写0时序时，单总线要被拉低至少60us，保证DS18B20能够在15us到45us之间能够正确地采样IO总线上的“0”电平，当要写1时序时，单总线被拉低之后，在15us之内就得释放单总线。 4．实验任务 用一片DS18B20构成测温系统，测量的温度精度达到0.1度，测量的温度的范围在－20度到＋100度之间，用8位数码管显示出来。 5．电路原理图 6．系统板上硬件连线 （1）．把“单片机系统”区域中的P0.0－P0.7用8芯排线连接到“动态数码显示”区域中的ABCDEFGH端子上。 （2）．把“单片机系统”区域中的P2.0－P2.7用8芯排线连接到“动态数码显示”区域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端子上。 （3）．把DS18B20芯片插入“四路单总线”区域中的任一个插座中，注意电源与地信号不要接反。 （4）．把“四路单总线”区域中的对应的DQ端子连接到“单片机系统” 区域中的P3.7/RD端子上。 7． C语言源程序 #include
用1602LCD与DS18B20设计的温度报警器课程设计
程设计温度报警器共11页，2759字。 目录 设计题目 (3) 设计目的 (3) 设计任务和要求 (3) 设计内容 (3) 心得体会 (10) 参考文献 (10) 一、设计题目：温度报警器 二、设计目的： 1.了解温度传感器AD590的基本原理、性能与应用。 2.熟悉单片机AT89C51工作方式和应用。 3.掌握ADC0809的接口方法及其输入程序的设计和调试方法。 4.将所学的单片机原理及检测技术的知识运用于实践，解决实际问题。 三、设计任务和要求： 本设计采用集成温度传感器AD590，设计一个数字显示的温度报警器。定安全温度值范围为77°C～100°C（可根据具体需要在程序中进行调整），对在这一范围内的温度变化采集后送入A/D转换器，A/D转换器的模拟电压范围为0～5V。例如传感器采集的温度为80°C，则对应数码管显示值为80°C。而温度高出100°C或者低于77°C时，不在安全温度范围之内，喇叭会进行报警、二极管发光显示。
ISIS SCHEMATIC DESCRIPTION FORMAT 6.1 ===================================== 设计的温度报警器\22 用1602LCD与DS18B20设计的温度报警器\用1602LCD与DS18B20设计的温度报警器.DSN Doc. no.:
DS18b20温度传感器
最小的温度显示程序-c51 (2010-12-07 00:45:27) 转载 分类：51单片机 标签： 杂谈 #include
for (i = 8; i > 0; i--) { DQ = 0; // 给脉冲信号 dat >>= 1; //位右移 DQ = 1; // 给脉冲信号等待传感器返回脉冲 if(DQ) dat |= 0x80; Delay(4); } return (dat); } void WriteOneChar(unsigned char dat) { unsigned char i = 0; for (i = 8; i > 0; i--) { DQ = 0; DQ = dat&0x01; Delay(5); DQ = 1; dat>>=1; } } void Read_Temperature(void) { Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xcc); // 跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0x44); // 启动温度转换 Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); //跳过读序号列号的操作 WriteOneChar(0xBE); //读取温度寄存器 templ = ReadOneChar(); //温度低8位 temph = ReadOneChar(); //温度高8位 }
基于51单片机及DS18B20温度传感器的数字温度计程序(详细注释)
基于51单片机及DS18B20温度传感器的数字温度计程序(详细注释)
电路实物图如下图所示： C 语言程序如下所示： /******************************************************************** zicreate ----------------------------- Copyright (C) https://www.360docs.net/doc/a812542769.html, -------------------------- * 程序名; 基于DS18B20的测温系统 * 功 能： 实时测量温度，超过上下限报警，报警温度可手动调整。K1是用来 * 进入上下限调节模式的，当按一下K1进入上限调节模式，再按一下进入下限 * 调节模式。在正常模式下，按一下K2进入查看上限温度模式，显示1s 左右自动 * 退出；按一下K3进入查看下限温度模式，显示1s 左右自动退出；按一下K4消除 * 按键音，再按一下启动按键音。在调节上下限温度模式下，K2是实现加1功能， * K1是实现减1功能，K3是用来设定上下限温度正负的。 * 编程者：Jason * 编程时间：2009/10/2 *********************************************************************/ #include
基于DS18B20的温度报警器设计说明
毕业设计论文 基于DS18B20的温度报警器设计 系电子信息工程系 专业电子信息工程技术康志凌
班级电子信息122 学号 1201043206 指导教师徐敏 N 职称讲师 设计时间 2014.10.08－2015.04.08
摘要 本设计以AT89C51单片机为核心，设计了一个温度测量报警系统，可以方便的实现温度采集和显示。它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工农业中的温度测量及报警。本设计由AT89C51单片机、DS18B20温度传感器和LED显示器组成，可以直观的显示测量的温度。本设计运行过程中，如果外界温度低于-20℃或高于70℃，系统将出发蜂鸣器，产生报警声音，且对应的LED同步闪烁。 关键词：AT89C51，DS18B20，传感器，温度报警器
目录 摘要 ........................................................................ I 目录 ....................................................................... II 第1章引言.. (1) 第2章方案设计 (2) 第3章 DS18B20简介 (3) 3.1 DS18B20性能指标 (3) 3.2 DS18B20的封装及部结构 (4) 3.3 DS18B20工作原理及应用 (4) 3.4 控制器对DS18B20操作流程 (5) 第4章硬件电路设计 (7) 4.1 AT89C51 (8) 4.2 晶振电路 (9) 4.3 复位电路 (9) 4.4 报警电路 (10) 4.5 74LS245 (10) 4.6 显示电路 (11) 第5章软件设计 (12) 5.1 主程序模块 (12) 5.2 程序说明 (12) 第6章仿真结果 (21) 参考文献 (23) 致 (24)
DS18B20温度传感器使用方法以及代码
第7章 DS18B20温度传感器 7.1 温度传感器概述 温度传感器是各种传感器中最常用的一种，早起使用的是模拟温 度传感器，如热敏电阻，随着环境温度的变化，它的阻值也发生线性变化，用处理器采集电阻两端的电压，然后根据某个公式就可以计算出当前环境温度。随着科技的进步，现代的温度传感器已经走向数字化，外形小，接口简单，广泛应用在生产实践的各个领域，为我们的生活提供便利。随着现代仪器的发展，微型化、集成化、数字化、正成为传感器发展的一个重要方向。美国DALLS半导体公司推出的数字化温度传感器DS18B20采用单总线协议，即单片机接口仅需占用一个 I/O端口，无需任何外部元件，直接将环境温度转化为数字信号，以数码方式串行输出，从而大大简化了传感器与微处理器的接口。 7.2 DS18B20温度传感器介绍 DS18B20是美国DALLAS^导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9?12位的数字 值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入 DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的 DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用
DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较 DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 1. DS18B20温度传感器的特性 ①独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口 线即可实现微处理器与DS18B20勺双向通讯。 ②在使用中不需要任何外围元件。 ③可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。 ④测温范围：-55 ~+125 C。固有测温分辨率为0.5 C。 ⑤通过编程可实现9~12位的数字读数方式。 ⑥用户可自设定非易失性的报警上下限值。 ⑦支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。 ⑧负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 2. 引脚介绍 DS18B20有两种封装：三脚TO-92直插式（用的最多、最普遍的封装）和八脚SOIC贴片式。下图为实验板上直插式 DS18B20的原理图。 3. 工作原理 单片机需要怎样工作才能将DS18B2 0中的温度数据独取出来呢？F面将给出详细分析
温控器调整方法
E5AZ-R3-38数字式温度控制器调整说明 一、接线方式： 接线柱1、2――－AC220V电源 接线柱4、6―――低温输出101、103 接线柱7、8―――高温输出101、102 接线柱9、10、11―――PT100温度传感线A\B\B 二、界面图形 三、设定方法： 1.温度设置（此部分用于常规调整） 1)在运行菜单下，设置高温值为26.0。 2)按一次菜单键，再按一次模式键，设置高温回差1.5。 3)按一次菜单键返回运行菜单。 4)按两次模式键，设置低温值为25.5。 5)按一次模式键，返回运行菜单。 2.系统设置（以下调整为系统模式设置，请不要改动） 1)菜单键＋模式键同时按下3秒以上，进入保护菜单，按模式键切换 选项，依次按如下设置： 2)同时按菜单＋模式1秒以上，返回运行菜单。
3.第二步：模式设置 1)按菜单3秒以上，进入初始菜单，按模式键切换选项，依次按如下 设置： ?设置温度传感器类型为1。 ?设置温度单位为℃。 ?设置最高温度限制值： ?设置最低温度限制值： ?设置ON/OFF方式为ONOF。 ?设置控制方式为标准方式。 ?设置动作方向为正方向。 ?设置报警1种类为0。 ?设置报警2种类为8。 ?设置报警3种类为0。 ?设置密码为-169，等待3秒，自动进入高级模式： ?设置 ?设置低温回差为1.5。
设置 2)按菜单键3秒以上，返回运行菜单。 4.第三步：状态设置 1)按一次模式键，进入状态设置，按上调或下调键设置为RUN。则温 控器开始工作。 2)如设置为STOP，则温控器STOP灯亮，停止工作。 TMC229-HT-DAA038数字式温度控制器调整说明 一、接线方式： 与E5AX相同，内芯可互换。 二、界面图形 三、设定方法： 1.温度设置（此部分用于常规调整） 1)在运行菜单下，设置低温值SV为24.0 2)按2次SET键，设置高温值SV2为26.0（一般要求SV2=SV1+2） 2.系统设置（以下调整为系统模式设置，请不要改动） 1)解锁：同时按SET和︽5秒，出现画面LOC-3，将3改为0后，先 按下SET不松开，再按︽后立即全部松开，解锁完毕。 2)调整：同时按下SET和︾键5秒，出现设置界面，按SET切换设置
基于ds18b20的数字温度计设计
目录 （一)设计内容及要求 (2) （二）系统的硬件选择及设计 (3) 2.1核心处理器的设计 (3) 1、AT89C51引脚图 (3) 2、AT89C51引脚功能介绍 (3) 2.2温度采集电路的设计 (5) 1、单线技术 (5) 2、DS18B20的简介 (6) 3、DS18B20内部结构 (8) 4、DS18B20测温原理 (11) 5、温度采集电路 (12) 2.3温度显示电路的设计 (13) 1、LED数码管的操作 (13) 2、温度显示电路 (13) （三）系统的软件设计 (15) 3.1概述 (15) 3.2 DS18B20的单线协议和命令 (15) (1)初始化 (15) (2)ROM操作命令 (15) (3)内存操作命令 (16) 3.3温度采集程序流程图的设计 (18) 3.4温度显示程序流程图的设计 (19) （四) 结论 (19) （五）汇编代码 (20) （六）参考文献 (27)
基于DS18B20的数字温度计设计 摘要： 在本设计中选用AT89C51型单片机作为主控制器件，采用DS18B20数字温度传感器作为测温元件，通过两位共阴极LED数码显示管并行传送数据，实现温度显示。本设计的内容主要分为两部分，一是对系统硬件部分的设计，包括温度采集电路和显示电路；二是对系统软件部分的设计，应用汇编语言实现温度的采集与显示。通过DS18B20直接读取被测温度值，送入单片机进行数据处理，之后进行输出显示，最终完成了数字温度计的总体设计。其系统构成简单，信号采集效果好，数据处理速度快，便于实际检测使用。 关键词：单片机AT89C51；温度传感器DS18B20；LED数码管；数字温度计 （一)设计内容及要求 本设计主要介绍了用单片机和数字温度传感器DS18B20相结合的方法来实现温度的采集，以单片机AT89C51芯片为核心，辅以温度传感器DS18B20和LED 数码管及必要的外围电路，构成了一个多功能单片机数字温度计。 本次设计的主要思路是利用51系列单片机，数字温度传感器DS18B20和LED 数码显示器，构成实现温度检测与显示的单片机控制系统，即数字温度计。通过对单片机编写相应的程序，达到能够实时检测周围温度的目的。 通过对本课题的设计能够熟悉数字温度计的工作原理及过程，了解各功能器件(单片机、DS18B20、LED)的基本原理与应用，掌握各部分电路的硬件连线与程序编写，最终完成对数字温度计的总体设计。其具体的要求如下： 1、根据设计要求，选用AT89C51单片机为核心器件； 2、温度检测器件采用DS18B20数字式温度传感器，利用单总线式连接方式与单片机的P2.2引脚相连； 3、显示电路采用两位LED数码管以串口并行输出方式动态显示。
DS18B20温度传感器巡回检测温度报警器设计
DS18B20温度传感器巡回检测温度报警器 设计 摘要：随着电子技术的发展，家用电器和办公设备的智能化、系统化已成为发展趋势，而这些高性能几乎都要通过单片机实现。同时，温度作为与我们生活息息相关的一个环境参数，对其的测量和研究也变得极为重要。故温度检测报警系统在现代生活、生产中得到了越来越广泛的应用。本论文介绍了采用温度传感器DS18B20作为温度采集器、AT89S51单片机为主控制器，外加显示模块以及报警电路实现该智能温度测量报警器的设计方法、工作原理、电路组成等。 关键词：DS18B20，单片机，温度控制，报警 1绪论 温度是与人们生活息息相关的环境参数，许多情况下都需要进行温度测量及报警，温度测量报警系统在现代日常生活、科研、工农业生产中已经得到了越来越广泛的应用。所以对温度的测量报警方法及设备的研究也变得极其重要。随着人们生活水平的不断提高以及应对各种复杂测量环境的需要,我们对温度测量报警器的要求也越来越高，利用单片机来实现这些控制无疑是人们追求的目标之一，它带给我们的方便是不可否定的。其中温度检测报警器就是一个典型的例子。要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施,就需要从单片机技术入手，向数字化，智能化控制方向发展。 本设计所介绍的温度报警器，可以设置上下限报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。与传统的温度测量系统相比，本设计中的数字温度测量报警系统具有很多前者没有的优点，如测温范围广而且准确，采用LCD数字显示，读数方便等。 1.1温度报警器的研究意义 随着电子技术的发展，家用电器和办公设备的智能化、系统化已成为趋势，
而这些高性能几乎都要通过单片机实现。同时，温度作为与我们生活息息相关的一个环境参数，对其的测量和研究也变得极为重要。故温度检测报警系统在现代生活、生产中得到了越来越广泛的应用。 工业生产带动了人类社会的进步，同时也促进了各种新的传感器的发展。在工业生产中温度的准确测量是一个比较困难的事情。从最初的酒精、水银温度计到现在的数字化、集成化的温度计可见传感器的发展是飞快的。它的快速发展必将带来新一轮的工业化革命和社会发展的飞跃。 本设计所介绍的温度报警器可以设置上下限报警温度，当温度不在设定范围内时可以报警，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。它具有结构简单,不需外接元件,可由用户设置温度报警界限等特点,可广泛用于食品库、冷库、粮库等需要控制温度的地方。目前,该类产品已在温控系统中得到广泛的应用。所以设计意义较为深远。 1.2 温度报警器的现状及发展 温度是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。其测量控制一般采用各式各样形态的温度传感器。根据它们在讯号输出方式上的不同可以分为模拟温度传感器和数字温度传感器。单片机技术的出现则是为现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、可靠性高、性价比高、开发较为容易等特点，在工业控制、数据采集、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到了极为广泛的应用，并已走入我们的日常生活，现在，随处都可以看到单片机的踪影。目前温度报警器的发展已经比较成熟了，它能帮助我们实现想要的温度控制，解决身边的很多问题。 1.2.1 智能温度传感器 智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器
DS18B20数字温度计的设计
单片机原理及应用 课程设计报告书 题目：DS18B20数字温度计的设计 姓名学号：张琪05200102 吕群武05200166 蔡凌志05200178 专业班级：电信1班 指导老师：余琼蓉 设计时间：2010年12月
成绩评定
一、课题介绍 本设计是一款简单实用的小型数字温度计，所采用的主要元件有传感器18B20，单片机AT89S52，，四位共阴极数码管一个，电容电阻若干。18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围-55°C~+125°C 。在-10~+85°C 范围内,精度为±0.5°C 。18B20的精度较差为± 2°C 。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。 本次数字温度计的设计共分为五部分，主控制器，LED 显示部分，传感器部分，复位部分，时钟电路。主控制器即单片机部分，用于存储程序和控制电路；LED 显示部分是指四位共阳极数码管，用来显示温度；传感器部分，即温度传感器，用来采集温度，进行温度转换；复位部分，即复位电路。测量的总过程是，传感器采集到外部环境的温度，并进行转换后传到单片机，经过单片机处理判断后将温度传递到数码管显示。本设计能完成的温度测量范围是-55°C~+128°C ，由于能力有限，不能实现报警功能。 二、方案论证 方案一： 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D 转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。 方案设计框图如下： 方案二：考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。
温度传感器DS18B20工作原理
温度传感器： DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃,可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。 2 DS18B20的内部结构 DS18B20内部结构如图1所示，主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图2所示，DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，见图4）。 ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 图1 DS18B20的内部结构
图2DS18B20的管脚排列 DS18B20中的温度传感器完成对温度的测量，用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625℃/LSB形式表达，其中S为符号位。例如＋125℃的数字输出为07D0H，＋25.0625℃的数字输出为0191H，－25.0625℃的数字输出为FF6FH，－55℃的数字输出为FC90H。 温度值高字节 高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入。其中配置寄存器的格式如下： R1、R0决定温度转换的精度位数：R1R0=“00”，9位精度，最大转换时间为93.75ms；R1R0=“01”，10位精度，最大转换时间为187.5ms；R1R0=“10”，11位精度，最大转换时间为375ms；R1R0=“11”，12位精度，最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度。 高速暂存器是一个9字节的存储器。开始两个字节包含被测温度的数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器的临时拷贝，每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用，表现为全逻辑1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码，可用来保证通信正确。 3 DS18B20的工作时序 DS18B20的一线工作协议流程是：初始化→ROM操作指令→存储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、写时序和读时序，如图3（a）（b）（c）所示。
温控电路PID参数调节方法
在定值控制问题中,如果控制精度要求不高,一般采用双位调节法,不用PID。但如果要求控制精度高,而且要求波动小,响应快,那就要用PID调节或更新的智能调节。调节器就是根据设定值与实际检测到的输出值之间的误差来校正直接控制量的,温度控制中的直接控制量就是加热或制冷的功率。PID调节中,用比例环节(P)来决定基本的调节响应力度,用微分环节(D)来加速对快速变动的响应,用积分环节(I)来消除残留误差。PID调节按基本理论就是属于线性调节。但由于直接控制量的幅度总就是受到限定,所以在实际工作过程中三个调节环节都有可能使控制量进入受限状态。这时系统就是非线性工作。手动对PID进行整定时,总就是先调节比例环节,然后一般就是调节积分环节,最后调节微分环节。温度控制中控制功率与温度之间具有积分关系,为多容系统,积分环节应用不当会造成系统不稳定。许多文献对PID整定都给出推荐参数。 PID就是依据瞬时误差(设定值与实际值的差值)随时间的变化量来对加热器的控制进行相应修正的一种方法!!!如果不修正,温度由于热惯性会有很大的波动、大家讲的都不错、比例:实际温度与设定温度差得越大,输出控制参数越大。例如:设定温控于60度,在实际温度为50与55度时,加热的功率就不一样。而20度与40度时,一般都就是全功率加热、就是一样的、积分:如果长时间达不到设定值,积分器起作用,进行修正积分的特点就是随时间延长而增大、在可预见的时间里,温度按趋势将达到设定值时,积分将起作用防止过冲! 微分:用来修正很小的振荡、方法就是按比例、微分、积分的顺序调、一次调一个值、调到振荡范围最小为止、再调下一个量、调完后再重复精调一次、要求不就是很严格、 先复习一下P、I、D的作用,P就就是比例控制,就是一种放大(或缩小)的作用,它的控制优点就就是:误差一旦产生,控制器立即就有控制作用,使被控量朝着减小误差方向变化,控制作用的强弱取决于比例系数Kp。举个例子:如果您煮的牛奶迅速沸腾了(您的火开的太大了),您就会立马把火关小,关小多少就取决于经验了(这就就是人脑的优越性了),这个过程就就是一个比例控制。缺点就是对于具有自平衡性的被控对象存在静态误差,加大Kp可以减小静差,但Kp过大时,会导致控制系统的动态性能变坏,甚至出现不稳定。所谓自平衡性就是指系统阶跃响应的终值为一有限值,举个例子:您用10％的功率去加热一块铁,铁最终保持在50度左右,这就就是一个自平衡对象,那静差就是怎样出现的呢？比例控制就是通过比例系数与误差的乘积来对系统进行闭环控制的,当控制的结果越接近目标的时候,误差也就越小,同时比例系数与误差的乘积(控制作用)也在减小,当误差等于0时控制作用也为0,这就就是我们最终希望的控制效果(误差＝0),但就是对于一个自平衡对象来说这一时刻就是不会持续的。就像此时您把功率降为0,铁就是不会维持50度的(不考虑理想状态下),铁的温度开始下降了,误差又出现了(本人文采不就是很好,废这么多话相信大家应该明白了！)。也就就是比例控制最终会维持一个输出值来使系统处于一个固定状态,既然又输出,误差也就不等于0了,这个误差就就是静差。
DS18B20数字温度计的设计与实现
DS18B20数字温度计的设计与实现 一、实验目的 １．了解DS18B20数字式温度传感器的工作原理。 ２．利用DS18B20数字式温度传感器和微机实验平台实现数字温度计。 二、实验内容与要求 采用数字式温度传感器为检测器件，进行单点温度检测。用数码管直接显示温度值，微机系统作为数字温度计的控制系统。 １．基本要求： (1)检测的温度范围：0℃～100℃，检测分辨率 0.5℃。 (2)用4位数码管来显示温度值。 (3)超过警戒值（自己定义）要报警提示。 ２．提高要求 (1)扩展温度范围。 (2)增加检测点的个数，实现多点温度检测。 三、设计报告要求 １．设计目的和内容 ２．总体设计 ３．硬件设计：原理图（接线图）及简要说明 ４．软件设计框图及程序清单 ５．设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法） 四、数字温度传感器DS18B20 由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能温度传感器,可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。它具有体积小，接口方便，传输距离远等特点。 1.DS18B20性能特点 DS18B20的性能特点：①采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O 口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位），②测温范围为-55℃-+125℃，测量分辨率为0.0625℃,③内含64位经过激光修正的只读存
储器ROM ，④适配各种单片机或系统机，⑤用户可分别设定各路温度的上、下限，⑥内含寄生电源。 2. DS18B20内部结构 DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM,温度传感器,非挥发的温度报警触发器TH 和TL,高速暂存器。64位光刻ROM 是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列号。64位ROM 结构图如图2所示。不同的器件地址序列号不同。 DS18B20的管脚排列如图1所示。 图1 DS18B20引脚分布图 图2 64位ROM 结构图 DS18B20高速暂存器共9个存储单元，如表所示： 序号 寄存器名称 作 用 序号 寄存器名称 作 用 0 温度低字节 以16位补码形式存放 4 配置寄存器 1 温度高字节 5、6、7 保留 2 TH/用户字节1 存放温度上限 8 CRC 3 HL/用户字节2 存放温度下限 以12位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个高低两个8位的RAM 中，二进制中的前面5位是符号位。如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625才能得到实际温度。 LSB MSB 8位检验CRC 48位序列号 8位工厂代码（10H ）
DS18B20温度传感器工作原理及其应用电路图
DS18B20温度传感器工作原理及其应用电路图 时间：2012-02-16 14:16:04 来源：赛微电子网作者： 前言 温度与工农业生产密切相关，对温度的测量和控制是提高生产效率、保证产品质量以及保障生产安全和节约能源的保障。随着工业的不断发展，由于温度测量的普遍性，温度传感器的市场份额大大增加，居传感器首位。数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。现在，新一代的DS18B20温度传感器体积更小、更经济、更灵活。DS18B20温度传感器测量温度范围为-55℃～+125℃。在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。基于DS18B20温度传感器的重要性，小编整理出DS18B20温度传感器工作原理及其应用电路图供大家参考。 一、DS18B20温度传感器工作原理（热电阻工作原理） DS18B20温度传感器工作原理框图如图所示： DS18B20温度传感器工作原理框图 图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 二、DS18B20温度传感器的应用电路 1.DS18B20温度传感器寄生电源供电方式电路图 寄生电源方式特点： (1)进行远距离测温时，无须本地电源。 (2)可以在没有常规电源的条件下读取ROM。 (3)电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温。 (4)只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适于采用电池供电系统中。
温控参数及调试
超高精度智能温度控制仪表 特点：本温度控制仪表为高精测量仪表，可以分度0.1反映实际温度，同时可以串联多个热电偶以获得单位容积内较为平均的温度反映值。实现了快速，稳定，高精度的温度测控，是您自动化控制的得力助手。 参数及调试步骤（暂停状态中） 按住SET键约3秒钟，进入调试状态。数码管显示参数代码0500，. (按UP/DOWN键到所需调试的参数代码)，按SET进入参数内容(按UP/DOWN键到所需的参数内容)，按SET键保存，参数代码自动+1，退
参数详解（以出厂值为例） 0500：当前温度值将0501设为0可显示 0501：可设定范围0-22，可显示对应参数内容 0502：设定1号输出温度上限值 0503、0504、0505：设定1号时间上限 0506：设定1号输出偏差，如：SE02设定为2000，SE06设定为100，SE03设定为0，SE04设定为20，SE05设定为0，那么当温度到达或大于2000+100=210.0度时1号输出，当温度低于于2000-100=190.0度时1号停止输出，当系统时间大于20分钟时1号一直输出。 0507、0508、0509、0510、0511：功能等同于03-06 0512、0513、0514、0515、0516：功能等同于03-06 0517：温度修正值，如：当前温度显示为-2.7，实际温度为21度，那么两者之间相差23.7度，0517应该设置为237。 0518：这是本温度控制仪表的特殊地方，可以串联多个热电偶放置在不同位置以获得单位容积内平均温度，热电偶串联方式+——+——。 本温度控制仪表设置了TTL通讯，通讯方式为2400,8bit,无校验，无停止位， 发送方式为（01 06然后将参数0-19顺序发出）为满足不同客户的特定需求，我们可以为客户特定开发专用功能 2
数字温度计DS18B20课程设计报告
数字温度计DS18B20课程设计报告 专业名称： 自动化专业班级： 全文结束》》级自动化1班学号： 全文结束》》4786 摘要本设计采用的主控芯片是ATMEL公司的AT89C51单片机，数字温度传感器是DALLAS公司的 DS18B20。本设计用数字传感器DS18B20测量温度，测量精度高，传感器体积小，使用方便。所以本次设计的数字温度计在工业、农业、日常生活中都有广泛的应用。单片机技术已经广泛应用社会生活的各个领域，已经成为一种非常实用的技术。51单片机是最常用的一种单片机，而且在高校中都以51单片机教材为蓝本，这使得51单片机成为初学单片机技术人员的首选。本次设计采用的AT89C51是一种flash型单片机，可以直接在线编程，向单片机中写程序变得更加容易。本次设计的数字温度计采用的是 DS18B20数字温度传感器，DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本设计根据设计要求，首先设计了硬件电路，然后绘制软件流程图及编写程序。本设计属于一种多功能温度计，温度测量范围是-55℃到125℃。温度值的分辨率可以被用户设定为9-12位，可以设置上下限报警温度，当温度不在设定的范围内时，就会启动报
警程序报警。本设计的显示模块是用液晶显示屏1602实现温度显示。在显示实时测量温度的模式下还可以通过查询按键查看设定的上下限报警温度。 一、实验设计概述本系统所设计的数字温度计采用的是 DS18B20数字温度传感器测温，测温上下限为10°C~40°C。 DS18B20直接输出的就是数字信号，与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，上下限报警功能。其输出温度采用LCD1602显示，主要用于对测温比较准确的场所。该设计控制器使用的是51单片机AT89C51，AT89C51单片机在工控、测量、仪器仪表中应用还是比较广泛的。测温传感器使用的是 DS18B20，DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。显示是用液晶显示屏1602实现温度显示。蜂鸣器用来实现当测量温度超过设定的上下限时的报警功能。 二、系统总体方案及硬件设计 2、1系统总体设计框图由于DS18B20数字温度传感器具有单总线的独特优点，可以使用户轻松地组建起传感器网络，并可使多点温度测量电路变得简单、可靠，所以在该设计中采用DS18B20数字温度传感器测量温度。 温度计电路设计总体设计框图如图2-1所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用DS18B20，显示采用液晶显示